钠离子对煤成浆性影响的研究

李晓静，谢一民，康慧芬，张 和，杨惠琳，李拥军，贾 昕

(1.宁夏宝塔化工中心实验室(有限公司)，宁夏 银川 750002；2.宁夏煤化工检测重点实验室，宁夏 银川 750002； 3.宁夏宝塔石化科技实业发展有限公司，宁夏 银川 750002)

水煤浆(CWS)是一种新型煤基流态化清洁燃料，是将一定粒度分布的煤粉分散于水介质中制成的高浓度煤/水分散体系，由约65%～70%的煤，29%的水及1%～2%的化学添加剂制成[1-2]。它既保持了煤炭原有的理化性能，又像石油一样具备良好的流变性、触变性和稳定性，可以泵送、雾化燃烧，燃烧效率较高。添加剂是影响水煤浆质量及成本的重要因素之一，对水煤浆的黏度、浓度和稳定性等关键指标有直接影响[3-5]。降低添加剂成本，提高添加剂效能是目前水煤浆制备技术的一个关键课题[6-7]。研究表明[8-10]，煤种和添加剂具有选择性，这方面的研究报道较多；制浆水与添加剂的关系，以及制浆水对水煤浆性能的影响研究较少。

我国是以煤为主要能源的大国，而且大部分的煤炭资源都在北方。北方又以煤炭作为主要的能源，能源的利用效率高对环境友好便成了煤炭行业的重点研究对象。水煤浆的制浆过程需要水，北方的水普遍存在一个问题就是含有一定量的高价金属阳离子：Ca2+、Mg2+、Fe3+，这些金属阳离子的存在会增加煤制浆的黏度，也会增加水煤浆的稳定性。煤制浆经常会加入碳酸钠等一些碳酸盐类，而Na2CO3的加入与这些离子会发生沉淀作用。本文通过碳酸钠与其它水煤浆成浆添加剂进行复配实验和对比实验来探讨钠离子对煤成浆性的影响，为水煤浆成浆性和稳定性的研究和应用提供了实验数据。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器：DW-1电动搅拌机，NDJ-1旋转黏度计，DHJ-9101-2SA型电热恒温鼓风干燥箱，XL-5-12型箱式电阻炉，T-114电子天平。

试剂：碳酸钠，氢氧化钠，萘系添加剂NW-03，萘系添加剂MH-13，自来水。

煤：羊一矿∶金鸡滩=1.5∶1。

1.2 煤样性质

实验煤样取自羊一矿和金鸡滩。煤样工业分析和元素分析见表1。

由表1可知，这两种煤样均属于低水分，灰分和挥发分都符合要求，可以作为制备水煤浆的原料煤。煤种含碳量较高，而其他元素含量相对较低，尤其是硫含量为零，制作水煤浆时无需脱硫，对设备和管道的要求也相对降低，制备的水煤浆对环境污染少。

表1 煤样的工业分析和元素分析

1.3 实验方法

1.3.1 水煤浆的制备

实验用煤筛分后得到0.25、0.18、0.12 mm三种不同粒径的煤粉，并将其按一定比例混合均匀(羊一矿和金鸡滩的煤比例为1.5∶1)。取一定量的自来水及添加剂与干燥烧杯中，在电动搅拌机搅拌的情况下将一定量煤粉已配制好的煤粉缓慢加入烧杯中，待煤粉全部加完时继续用电动搅拌机搅拌10min至浆体均匀。

水煤浆浓度计算：煤样质量占其所制水煤浆质量的百分数。计算公式如下：

C=m1/(m1+ m2+m3)×100%

式中，m1为煤样质量，g；m2为中石化废水质量，g；m3为添加剂质量，g。

1.3.2 水煤浆黏度的测定

将一定量均匀的水煤浆试样加入粘度测量系统中，连接好测量装置，接通电源，启动旋转粘度计，调节为60 r/s，记录测量值。

1.3.3 水煤浆沉淀的测定

水煤浆有无沉淀需通过落棒实验来表征，落棒实验用来说明煤浆是否有沉淀及沉淀类型。

1.3.4 水煤浆流动性的测定

水煤浆流动性借鉴水泥净浆流动度的测试办法，按照GBSO 77-87《混凝土外加剂匀质性试验方法》测定水煤浆流动度。具体步骤：

1)把用湿抹布擦拭截锥圆模和水平玻璃板，并将截锥圆模置于玻璃板上；

2)将制备好的水煤浆注入截锥圆模内，用刮刀刮去上扣和筒体外部多余的浆体；

3)垂直提起截锥圆模，并开始计时，使浆体在玻璃板上任意流动30s；

4)量取垂直最大流动直径d，至少平行测3次(误差≤10 mm)。

2 结果与讨论

2.1 固定NaOH，改变Na2CO3对水煤浆成浆性能的影响

实验时固定理论水煤浆浓度62%，添加剂总量为0.2%。表2是固定NaOH，增加Na2CO3的量。从表中可以看出随着Na2CO3量的增加，黏度、浓度呈增大的趋势，但流动性变差，析水率也有降低的趋势，但是不明显。所以可以说明Na2CO3可以增加煤浆的黏度。但是从表2可以看出随着萘系添加剂NW-03的减少，流动性会相应的变差。

表2 固定NaOH，改变Na2CO3对水煤浆成浆性能的影响

2.2 改变萘系添加剂对水煤浆成浆性能的影响

实验时固定理论水煤浆浓度62%，添加剂总量为0.2%。表3探究了NX与NW-03对制浆的影响，见表3。从表中可以看出，随着萘的比例减少，黏度增大，但其流动性随之变差，所以此添加剂随着萘的减少，流动性会变差，但是NW-03这种变化的趋势不是很大。

表3 不同比例的萘系添加剂对水煤浆成浆性能的影响

2.3 不同添加量的NaOH对水煤浆成浆性能的影响

实验时固定理论水煤浆浓度62%，添加剂总量为0.2%。接着我们探究了NaOH对水煤浆成浆性能的影响，并且和不加添加剂做了对比，从表4可以看出，NaOH对浓度黏度影响不大，但是当加入NaOH，其流动性会改善，这可能是两者的共同协同作用共同影响水煤浆成浆性能。

表4 NaOH对水煤浆成浆性能的影响

3 结论

我们通过以上的实验可以初步得出：

(1)随着萘系添加剂的比例减少，水煤浆的浓度降低，流动性变差；

(2)随着Na2CO3量的增加，水煤浆的黏度有增大的趋势；

(3)NaOH的加入会增大煤浆的流动性。

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